DE2322118A1 - Vorrichtung zum normalisieren der wandungen eines kernreaktorbehaelters - Google Patents
Vorrichtung zum normalisieren der wandungen eines kernreaktorbehaeltersInfo
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Description
pt. O.G. K. HÖLZER
AUGSBURG
nun», M»T■
232211
W. 622
Augsburg, den 27· April 1973
Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building,
Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V.St.A.
Vorrichtung zum Normalisieren der Wandungen eines Kern-
reaktorb ehalte rs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Normalisieren der Wandungen eines Kernreaktorbehälters nach
bestimmten Zeiten der Strahleneinwirkung.
Bei Druckwasser- und Siedewasserreaktoren ist der 309847/0412
innere Reaktorteil in einem mit Wasser gefüllten Metallbehälter
angeordnet. Die im Reaktorkern stattfindende Kernspaltung wird durch einen starken Neutronenfluß und eine
große Energieabgabe begleitet. Die bei der Kernspaltung freiwerdende Energie wird auf das Kühlwasser übertragen. Der
die Behälterwandung treffende Neutronenfluß bewirkt jedoch, daß die Behälterwandung spröde wird, was zu einem Bruch
dieser Behälterwandung führen kann. Wegen dieser Verminderung der Bruchfestigkeit der Reaktorbehälter auf sehr geringe
Werte sind bereits Vorschläge für eine Normalisierung der Reaktorbehälter gemacht worden. Durch periodisches Normalisieren
des Reaktorbehälters kann seine Festigkeit teilweise wieder hergestellt und die Lebensdauer des Reaktorbehälters
verlängert werden.
Zur Normalisierung muß die Reaktorbehälterwandung während einer langen Zeitdauer auf hoher Temperatur gehalten
werden.
Gemäß einem Vorschlag zur Normalisierung von Reaktorbehältern von Druckwasserreaktoren unter Berücksichtigung
der obigen Forderungen soll das Primärkühlwasser auf die
erforderliche Normalisierungstemperatur erwärme und durch den Reaktorbehälter zirkuliert werden. Dies ist jedoch
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praktisch nicht durchführbar, da dann alle Teile des
Primärkreislaufs dem vollen Betriebsdruck bei Temperaturen ausgesetzt werden müssen, welch letztere die Konstruktionstemperatur dieser Teile übersteigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs dargelegten Art so auszubilden,
daß ein Normalisieren des Reaktorbehälters ohne Beschädigung der Reaktorinnenteile möglich ist, welche während des
Normalisierens eingebaut bleiben.
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Vorrichtung gemäß der Erfindung durch eine im oberen Reaktorbehälterteil
gehalterte Tragplatte, welche sich entlang der Behälterwandung nach unten erstreckende Heizelemente trägt,
ferner durch eine am Rand der Tragplatte angeordnete Dichtung, die den Reaktorbehälter bei in denselben eingesetzter
Vorrichtung gegen den oberhalb des Reaktorbehälters gelegenen Raum abdichtet, und durch eine Pumpe gekennzeichnet, die
nach dem Einsetzen der Vorrichtung in den Reaktorbehälter das im Reaktorbehälter befindliche Wasser abpumpt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist ferner eine reflektierende Wärmeisolierung, die an der Unterseite der Tragplatte befestigt ist, weiter
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eine Druckausgleichseinrichtung, beispielsweise ein an der Tragplatte befestigtes Rohrstück, das während des Betriebs
der Normalisierungsvorrichtung im Reaktorbehälter im wesent- x
liehen den Außenluftdruck herstellt, und Führungsmittel auf, welche die Tragplatte beim Einsetzen und Herausnehmen der
Normalisierungsvorrichtung in den bzw. aus dem Reaktorbehälter führen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird
nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben· Es stellen dar: . *
Pig· I eine teilweise geschnittene
Ansicht eines Reaktorbehälters eines Druckwasserreaktors,
Fig# 2 einen vergrößerten Längsschnitt
durch den in Fig, I dargestellten Reaktorbehälter, der eine in den
Reaktorbehälter eingesetzte Normalisierungsvorrichtung nach der Erfindung zeigt j
Fig. 3 einen längs der Schnittlinie IH-III
in Fig* 2 verlaufenden Querschnitt,
- 4 -309847/0412
Pig. 4 einen Ausschnitt aus dem oberen
Teil der erfindungsgemäßen Normalisierungsvorrichtung, der eine aufblasbare Dichtung zeigt, die
zwischen dem Rand der Tragplatte der Normalisierungsvorrichtung und der Reaktorbehälterwandung angeordnet
ist,
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines
Temperaturfühlers der erfindungsgemäßen Normalisierungsvorrichtung,
und
die Fig. 6 A und 6B ein Sehaltschema zur Steuerung der
Stromzufuhr zu den Heizelementen der erfindungsgemäßen Normalisierungs·
vorrichtung.
Fig. 1 zeigt einen langgestreckten, im allgemeinen zylindrischen Reaktorbehälter 10 einer an sich bekannten
Bauart für einen Druckwasserreaktor. Der Reaktorbehälter 10 weist den üblichen halbkugelförmigen Bodenteil und eine
Vielzahl von Primärkühlwasser-Einlaß- und Auslaßstutzen 12
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auf. Der Reaktorbehälter 10 ist von einer ringförmigen
Beton-Primärabschirmung 14 umgeben, der die üblichen, mit
den Primärkühlwasser-Anschlußstutzen 12 zusammenwirkenden Kanäle 16 und oberhalb des Reaktorbehälters 10 einen verbreiterten
Brennstofferneuerungskanal 18 aufweist, dessen Boden im wesentlichen bündig mit dem oberen Plansch 20 des
Reaktorbehälters ist. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Reaktorbehälter 10 sind der Verschlußkopf und das Reaktorinnere, nämlich der Reaktorkern und das Primärwasser,
entfernt» Die Wasserfüllung 22 im Reaktorbehälter weist ihren maximalen Pegel auf. Folglich ist der Reaktorbehälter
10 bei Brennstofferneuerungsbedingungen dargestellt und zur Normalisierung vorbereitet,
Fig. 2 zeigt eine in den Reaktorbehälter 10 eingesetzte Normalisierungsvorrichtung 30 nach der Erfindung, die
zur Normalisierung desjenigen Teils der Behälterwandung vorbereitet ist, der beim Betrieb des Reaktors unmittelbar
dem Reaktorkern gegenüberliegt. Die Normalisierungsvorrichtung
30 ist aus dem Reaktorbehälter 10 herausnehmbar
und weist eine Tragplatte 32 auf, deren Größe so gewählt ist, daß sie lose im oberen Bereich des Reaktorbehälters
sitzt, vorzugsweise auf einem unterhalb des Flansches 20 gebildeten inneren Bund 33. Am Rand der Tragplatte 32 ist
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ein aufblasbarer Dichtungsring 34 befestigt, welche das Innere des Reaktorbehälters 10 gegen den Raum 18 wasserdicht
abdichtet. An der Tragplatte 32 ist ferner ein flexibles Rohr 36 befestigt, welches mit einer nicht gezeichneten
Druckluftquelle und einer ebenfalls nicht gezeichneten Vakuumpumpe verbunden ist und in einen Kanal 38 in der
Tragplatte 32 führt, der seinerseits mit dem Inneren des Dichtungsrings 34 in Verbindung steht» Wenn die Tragplatte
sich im Reaktorbehälter 10 an ihrer vorgesehenen Stelle befindet, kann der Dichtungsring 34 also durch Einleiten
von Luft durch das Rohr 36 aufgeblasen werden, und wenn die
Normalisierungsvorrichtung 30 aus dem Reaktorbehälter 10
herausgenommen werden soll, kann der Dichtungsring 34 zum
Einfallen gebracht werden, indem mittels der Vakuumpumpe die Luft durch das Rohr 36 abgesaugt wird«
Ebenfalls auf der Tragplatte 32 ist eine pneumatisch betätigte, doppeltwirkende Pumpe 40 angeordnet, welche dem
Abpumpen des Wassers 22 aus dem Reaktorbehälter 10 in den
Brennstofferneuerungskanal 18 dient« Der Saugstutzen der
Pumpe 40 ist mit einem Rohr 42 verbunden, welches bis
beinahe auf den Boden des Reaktorbehälters 10 hinabreicht. Der Druckstutzen der Pumpe 40 ist zum Kanal 18 hin geöffnet,
Be- und Entlüftungsleitungen 44 und 46 sind an die Pumpe
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angeschlossen und verlaufen nach oberhalb des Kanals 18» Die Belüftungsleitung 44 ist mit einer nicht gezeichneten
Druckluftquelle verbunden»
An der Unterseite der Tragplatte 32 ist eine zylindrische Hülse 50 befestigt und erstreckt sich bis unterhalb der
Wasseranschlußstutzen 12, Am unteren Rand der Hülse 50 ist
ein elektrisch leitender Ring 52 mit Schrauben und Muttern lösbar befestigt, wobei zwischen dem Ring 52 und der Hülse
ein Isolationsring 54 angeordnet ist. Der Ring 52 ist also
elektrisch isoliert an der Hülse 50 befestigt.
Eine Vielzahl von Widerstandsheizstäben 60, die mit gegenseitigen Abständen kreisringförmig angeordnet sind,
ist unmitteloar an der Unterseite des Rings 52 befestigt.
Die Heizstäbe 60 sind 30 bemessen und so innerhalb des
Reaktorbehälters angeordnet, daß sie Wärme an denjenigen Teil der Behälterwandung abgeben, der bei eingebautem
Reaktorkern diesem unmittelbar gegenüberliegt und daher am stärksten dem Neutronenbeschuß vom Reaktorkern und der
sich daraus ergebenden Verminderung der Bruchfestigkeit ausgesetzt ist. Die unteren Enden der Heizstäbe 60 sind
an einem weiteren elektrisch leitenden Ring 62 befestigt.
Elektrische Leiter 534 die mit einer nicht gezeichneten
Stromquelle verbunden sind, verlaufen durch ein an der
- 8 309847/0412
Tragplatte 32 gehaltertes Leitungsrohr 64 und sind zwecks Zuführung der elektrischen Energie zu den Heizstäben 60 an
die beiden Ringe 52 und 62 angeschlossen. Zwischen dem Rohr 64 und der Tragplatte 32 ist eine geeignete Dichtung
vorgesehen«
Am oberen Ring 52 sind, durch einen Isolationsring elektrisch isoliert, vier langgestreckte Haltearme 70 mit
Winkelabständen von etwa 90° lösbar befestigt. Die Haltearme
70 erstrecken sich abwärts bis etwa zur Mitte der Heizstäbe 60. An den unteren Enden der Haltearme 70 sind
Temperaturfühler 74 angebracht. Wie in Fig. 5 deutlich zu
sehen ist, weisen die Temperaturfühler 74 jeweils einen
Druckluftzylinder 75 mit einem normalerweise einwärts gedrängten
Kolben 79 und ein Meßelement, beispielsweise ein Thermoelement 76 auf, das am freien Ende des Kolbens 79
befestigt ist. Eine mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle verbundene Rohrleitung 77 ist am Zylinder 75
befestigt und verläuft durch das Leitungsrohr 64, An den Thermoelementen 76 angeschlossene elektrische Leiter 78,
die spiralförmig um die Luftleitung 77 herumgewickelt durch das Rohr 64 verlaufen, sind mit einem Anzeigeinstrument
oder einer Steuerschaltung zur Steuerung der Stromzufuhr zu den Heizstäben 60 verbunden. Die Thermoelemente 76
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werden beim Einsetzen oder Herausnehmen der Normalisierungsvorrichtung
30 in den bzw. aus dem Reaktorbehälter 10 von der Behälterwandung zurückgezogen. Bei eingesetzter Normalisier
ungsvorrichtung kann Luft in die Zylinder 75 eingeleitet
werden, so daß die Kolben 79 so verschoben werden, daß die Thermoelemente an der Behälterwandung anliegen und die
Temperatur der Behälterwandung während des Normalisierungsvorgangs messen.
An der Unterseite der Tragplatte 32 ist eine poröse, reflektierende Wärmeisolation 80 befestigt. Diese Wärmeisolation
80 besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, der durch die Normalisierungstemperatur nicht ungünstig beeinflußt
wird, die bei einem aus SA533- oder SA5O8-Stahl hergestellten Reaktorbehälter etwa bei 400°C liegt.
Am radial äußeren Bereich der Oberseite der Tragplatte 32 sind ösen 82 befestigt, so daß Tragseile 84
angebracht werden können, damit die Normalisierungsvorrichtung 30 abgesenkt oder angehoben werden kann. Außerdem
sind an der Oberseite der Tragplatte 32 Führungshebel 86 befestigt, die auf nach oben ragenden Führungsstangen 88
gleiten, welch letztere im Flansch 20 des Reaktorbehälters
befestigt sind. Die Führungsstangen 88 und die Führungshebel 86 führen also die Normalisierungsvorrichtung beim
- 10 309847/04 1 2
Einsetzen und Herausnehmen in den bzw, aus dem Reaktorbehälter 10.
Auf der Tragplatte 32 ist weiterhin ein Rohr 89 befestigt, welches durch die Tragplatte hindurchreicht, und mit dem
Inneren des Reaktorbehälters 10 durch die poröse Wärmeisolation 80 in Verbindung steht. Das Rohr 89 erstreckt sich
bis oberhalb des Brennstofferneuerungskanals 18 und stellt so während des Betriebs der Normalisierungsvorrichtung 30
im Reaktorbehälter 10 im wesentlichen den Außenluftdruck her. Zwischen dem Rohr 89 und der Tragplatte 32 ist eine
geeignete Dichtung 91 angeordnet.
Nachdem der Verschlußkopf, die Reaktorinnenteile und der Reaktorkern aus dem Reaktorbehälter 10 herausgenommen
worden sind, wird die Normalisierungsvorrichtung 30 in den Reaktorbehälter abgesenkt, wobei sie mittels der Führungsstangen 88 und der Führungshebel 86 geführt werden. Ist die
Normalisierungsvorrichtung 30 eingesetzt, so wird der
Dichtungsring 31* aufgeblasen, so daß das Innere des Reaktorbehälters
10 wasserdicht abgedichtet ist, und danach wird das Wasser 22 aus dem Reaktorbehälter in den Kanal 18 abgepumpt.
Die Heizstäbe 60 werden zy3<lisch ein- und ausgeschaltet,
damit die gewünschte Normalisierungstemperatur an der Behälterwandung während der erforderlichen Zeit
- 11 309847/0Ai2
erreicht wird. Die Steuerung der Heizstäbe 60 kann automatisch
oder manuell erfolgen, jeweils in Abhängigkeit von der durch die Thermoelemente 76 gemessenen Temperatur der
Behälterwandung·
Die Fig. 6k und 6B zeigen schematisch eine einfache Schaltung.zur Steuerung der Stromzufuhr zu einer Gruppe
von drei Heizelementen 60» Die Thermoelemente 16 sind zweckmäßigerweise
mit einem Thermostaten 100 verbunden, der mit Schaltern 102 einer Steuerschaltung 104 gekuppelt ist, die
ihrerseits an eine Stromquelle 106 angeschlossen ist. Die Steuerschaltung 104 weist einen während des Betriebs der
Normalisierungsvorrichtung 30 geschlossenen Hauptschalter
und ein Relais 110 mit Relaiskontakten 112 auf, welch
letztere gemäß Fig. 6A in eine Dreiphasenleitung geschaltet sind. Sinkt die Temperatur der Behälterwandung unter die
gewünschte Normalisierungstemperatur ab, so erhält der Thermostat 100 ein entsprechendes Signal von den Thermo-
elementen und die—Schalter 102 werden geschlossen, so daß
das Relais 110 erregt wird und die Kontakte 112 schließt. Dadurch fließt Strom in die drei Heizelemente 60. Hat
die Temperatur der Behälterwandung die gewünschte Normalisierungstemperatur erreicht s so werden die Schalter 102
geöffnet und dadurch die Stromzufuhr zu den Heizstäben 60
- 12 309847/0412
unterbrochen. Nach Beendigung des Normalisierungsvorgangs
läßt man den Reaktorbehälter 10 auf Umgebungstemperatur abkühlen, wonach das Wasser 22 wieder in den Behälter 10
gefüllt wird. Die Normalisierungsvorrichtung J>0 wird dann
aus dem Reaktorbehälter herausgenommen und die Reaktorinnenteile, der Reaktorkern und der Verschlußkopf werden wieder
in den Reaktorbehälter 10 eingebaut.
Es ist zu erwarten, daß die Wärmebelastung der Primärabschirmung 14 während des Normalisierungsvorgangs größer
als während des normalen Reaktorbetriebs ist. Diese vergrößerte Wärmebelastung kann jedoch dadurch ausgeglichen werden,
daß zur Unterstützung des Primärabschirmung-Belüftungssystems während dee Normalisierungsvorgangs Hilfsgebläse Anwendung
finden.
Es ist einzusehen, daß die erfindungsgemäße Normalisierungsvorrichtung
30 die eingangs gestellten Forderungen erfüllt. Wie der Fachmann leicht erkennt, werden die Normalisierungs
temperatur und die Normalisierungszeit durch Faktoren
wie ueispielsweise den Behälterwerkstoff und den Zustand dieses Werkstoffs vor der Normalisierung bestimmt. Wenn
der Reaktorbehälter beispielsweise aus SA533- oder SA5O8-Stahl hergestellt ist, wird eine maximale Normalisierungstemperatur
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von etwa 400 0C während einer Zeitdauer von 168 Stunden
verwendet werden»
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Claims (5)
- PatentansprücheV Iy Vorrichtung zum Normalisieren der Wandungen eines Kernreaktorbehälters nach bestimmten Zeiten der Strahleneinwirkung, gekennzeichnet durch eine im oberen Reaktorbehälterteil gehalterte Tragplatte (32), welche sich entlang der Behälterwandung nach unten erstreckende Heizelemente (60) trägt, ferner durch eine am Rand der Tragplatte angeordnete Dichtung (34), die den Reaktorbehälter (10) bei in denselben eingesetzter Vorrichtung (30) gegen den oberhalb des Reaktorbehälters gelegenen Raum (18) abdichtet, und durch eine Pumpe (40), die nach dem Einsetzen der Vorrichtung in den Reaktorbehälter das im Reaktorbehälter befindliche Wasser (22) abpumpt.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Tragplatte (32) an ihrer Unterseite wärmeisoliert (80) ist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Dichtung (31O ein aufblasbarer Dichtungsring ist.
- 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi3 3, gekennzeichnet durch Temperaturfühler (74), die aus- und einschiebbar- 15 309847/0412an der Tragplatte (32) gehaltert sind, so daß die Temperatur an verschiedenen Bereichen der Behälterwandung meßbar ist, wenn die Vorrichtung (30) in den Reaktorbehälter (10) eingesetzt ist.
- 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Führungsmittel (86, 88), die zum Zwecke der Führung der Tragplatte (32) beim Einsetzen in den bzw. Herausnehmen aus dem Reaktorbehälter (10) auf dem Reaktorbehälter angeordnet sind.309847/0412- 16 -Leerseite
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